【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】數(shù)字液滴PCR(ddPCR)技術(shù)具有更高的靈敏度和準確性，在核酸定量檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于傳統(tǒng)ddPCR系統(tǒng)依賴精密流體控制單元，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大、操作流程復(fù)雜、經(jīng)濟成本高，阻礙“去中心化”診斷的發(fā)展。近日，青島能源所單細胞中心設(shè)計了一種簡單的收斂通道結(jié)構(gòu)微流控芯片，并通過整合液滴發(fā)生與反應(yīng)，開發(fā)了一個簡易型、集成化的雙重數(shù)字液滴PCR系統(tǒng)SI-ddPCR。該系統(tǒng)無需精確流體控制就能實現(xiàn)液滴分離并逐個檢測，可同步、準確定量2種病毒載量，有望大幅提高數(shù)字核酸檢測的便攜度與應(yīng)用范圍。相關(guān)研究成果發(fā)表于《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)。
圖1. 便攜式雙重數(shù)字液滴PCR(SI-ddPCR)系統(tǒng)同步、準確定量2種病毒載量
實時熒光定量PCR(RT-PCR)作為病原檢測的金標準，在大規(guī)模疫情篩查與防控中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但陽性檢出率低的技術(shù)局限日益顯現(xiàn)。當目標序列濃度較低或被其他序列干擾時易產(chǎn)生假陰性結(jié)果，且半定量檢測的結(jié)果易受試劑、儀器、操作等因素影響，難以滿足精準診療需求。傳統(tǒng)ddPCR雖具備單分子級絕對定量能力，但受制于復(fù)雜流體控制系統(tǒng)和大型設(shè)備體積，難以向基層醫(yī)療機構(gòu)和現(xiàn)場檢測場景下沉。研發(fā)兼具高靈敏度與便攜特征的集成化ddPCR系統(tǒng)，已成為提升分級診療能力、完善公共衛(wèi)生應(yīng)急體系的關(guān)鍵技術(shù)突破口。
為解決上述問題，單細胞中心博士劉灃儀等人開發(fā)一種收斂通道液滴再注入檢測芯片，大幅簡化流體控制單元，降低試劑消耗和設(shè)備成本，簡化操作流程。同時，團隊進一步集成前期開發(fā)的基于表面浸潤的自發(fā)液滴發(fā)生芯片，并裝配光學(xué)檢測和溫度控制裝置，成功構(gòu)建了SI-ddPCR檢測系統(tǒng)。
SI-ddPCR系統(tǒng)存在以下優(yōu)勢：一是液滴檢測不依賴分離油或高精度泵，操作更加可靠和魯棒；二是系統(tǒng)集成了液滴產(chǎn)生、加熱、檢測等模塊，減少了人工干預(yù)和樣品損耗，降低了交叉污染風(fēng)險；三是系統(tǒng)緊湊、便攜，定量結(jié)果準確，在咽拭子樣本中檢測新冠病毒(SARS-CoV-2)和甲型流感病毒(H1N1)的準確率為97.5%。
SI-ddPCR系統(tǒng)的開發(fā)，促進了便攜式核酸檢測平臺的發(fā)展，具有獨特的價值和廣闊的應(yīng)用前景。在臨床應(yīng)用中，小型化設(shè)備尚不能取代傳統(tǒng)的大型設(shè)備，但緊湊、高效節(jié)能的設(shè)備能滿足床邊診斷的需要；在環(huán)境、食品檢測等領(lǐng)域，便攜式數(shù)字核酸檢測平臺可以作為重要補充手段，實現(xiàn)對微生物組成和數(shù)量的快速檢測。
該工作由青島能源所單細胞中心研究員馬波主持，得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、山東省泰山學(xué)者、山東省自然科學(xué)基金、青島市科技惠民示范專項項目的支持。(文/劉灃儀 圖/劉陽)
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